Analisi dello scaffold risultante dalla cartilagine elastica del padiglione auricolare trattata con tecniche di ingegneria tissutale per future applicazioni in medicina rigenerativa

The auricle may be subject to defects and malformations that cause aesthetic and functional abnormalities, compromising the patient's psychological health and hearing ability. The most common conditions include microtia, congenital atresia auris and neoplasms of the auricle. Current therapies include standard techniques such as autologous cartilage otoplasty and alloplastic reconstruction, both associated with often unsatisfactory aesthetic and functional results, significant morbidity and limited donor tissue availability. Currently, the clinical trend is to propose new experimental techniques, such as 3D printing of patient-specific models, which do not overcome the limitations related to the use of synthetic materials. In this context, tissue engineering emerges as a promising solution, offering a regenerative (rather than replacement) approach to tissues and organs. The present work aims to create and characterize a scaffold derived from the elastic cartilage of the auricle by combining tissue engineering and bioengineering techniques. The research was conducted at the Bioacoustics Laboratory of the University of Padua, as part of the project LIFELAB (Living, Innovative, Fully Engineered, Long Lasting and Advanced Bioreplacement), funded by the Veneto Region and managed by the Consortium for Health Research (CORIS). The biological scaffold was obtained through a decellularization process, combining chemical and biological treatments. The aim was to find a compromise between the elimination of cellular, muscular and nuclear components, while ensuring the integrity of the composition and structure of the extracellular matrix. At the end of the treatment, analyses were conducted on the biomaterial to evaluate the maintenance of the properties and characteristics of the original tissue, minimizing the risk of infections and rejections post-transplant. The integrity of the extracellular matrix was verified by histological investigations, which highlighted the morphology of the tissues, the presence of nuclei and muscle fibers, the depletion of nucleic acids and quantified the preservation of glycosaminoglycans (GAGs), elastic fibers and collagen. The mechanical characteristics of the biomaterial were analyzed by uniaxial tensile tests. In vitro biocompatibility tests and quantification of residual DNA were performed to evaluate the suitability for clinical use. For the following work, six auricles of Rattus norvegicus were explanted: four of them were subjected to the decellularization process using a bioreactor, to which modifications were made based on the results. The two remaining auricles were not treated to serve as controls and evaluate the effectiveness of the adopted protocol.

Il padiglione auricolare può essere soggetto a difetti e malformazioni che causano anomalie estetiche e funzionali, compromettendo la salute psicologica del paziente e le sue capacità uditive. Tra le condizioni più comuni si possono citare la microtia, l’atresia auris congenita e le neoplasie del padiglione auricolare. Le terapie attuali includono tecniche standard come l'otoplastica mediante cartilagine autologa e la ricostruzione alloplastica, entrambe associate a risultati estetici e funzionali spesso insoddisfacenti, una significativa morbilità e una disponibilità limitata di tessuto donatore. Attualmente, la tendenza clinica è quella di proporre nuove tecniche sperimentali, come la stampa 3D di modelli specifici per il paziente, che però non superano i limiti legati all’uso di materiali sintetici. In questo contesto, l'ingegneria tissutale emerge come una soluzione promettente, offrendo un approccio rigenerativo (piuttosto che sostitutivo) di tessuti e organi. Il presente lavoro mira a creare e caratterizzare uno scaffold derivato dalla cartilagine elastica del padiglione auricolare combinando tecniche di ingegneria tissutale e di bioingegneria. La ricerca è stata condotta presso il Laboratorio di Bioacustica dell'Università degli Studi di Padova, come parte del progetto LIFELAB (Living, Innovative, Fully Engineered, Long Lasting and Advanced Bioreplacement), finanziato dalla Regione Veneto e gestito dal Consorzio per la Ricerca Sanitaria (CORIS). Lo scaffold biologico è stato ottenuto mediante un processo di decellularizzazione, combinando trattamenti chimici e biologici. L'obiettivo era trovare un compromesso tra l'eliminazione dei componenti cellulari, muscolari e nucleari, garantendo al contempo l’integrità della composizione e la struttura della matrice extracellulare. Al termine del trattamento sono state condotte analisi sul biomateriale per valutare il mantenimento delle proprietà e delle caratteristiche del tessuto originale, minimizzando il rischio di infezioni e rigetti post-trapianto. L’integrità della matrice extracellulare è stata verificata mediante indagini istologiche, che hanno evidenziato la morfologia dei tessuti, la presenza di nuclei e fibre muscolari, la deplezione degli acidi nucleici e quantificato la preservazione dei glicosamminoglicani (GAG), delle fibre elastiche e del collagene. Le caratteristiche meccaniche del biomateriale sono state analizzate mediante prove di trazione uniassiale. Sono stati eseguiti test di biocompatibilità in vitro e quantificazione del DNA residuo per valutare l'idoneità all'uso clinico. Per il seguente lavoro, sono stati espiantati sei padiglioni auricolari di Rattus norvegicus: quattro di essi sono stati sottoposti al processo di decellularizzazione mediante l’uso di un bioreattore, al quale sono state apportate modifiche sulla base dei risultati. I due padiglioni rimanenti non sono stati trattati per fungere da controlli e valutare l'efficacia del protocollo adottato.